본 기술해설에서는 초고속 반도체 레이저의 특성을 알아보고 광통신에의 응용을 검토하였다. 먼저 반도체 레이저의 동작 원리를 설명하였고, 초고속 반도체 레이저의 소신호 및 대신호 변조특성에 대해서 기술하였다. 또한, 반도체 레이저를 이용하여 극초단 펄스를 생성하는 방법으로 이득/Q 스위칭법, 외부변조기와 집적화된 반도체 레이저를 이용하는 방법, 모드 록킹법에 대해서 검토하고 펄스 압축법에 관해서도 기술하였다. 초고속 반도체 레이저의 응용으로는 초고속 광통신, 솔리톤 광통신, 전광 시분할 다중/역다중에 관해서 기술하였다.
레이저는 현재 급성장하고 있는 광산업의 주역으로서 광산업의 이해는 레이저 빛의 특성과 레이저 발진원리의 이해 및 응용기술의 이해에 근간을 두어야할 것이다. 따라서 본고는 보다 이론적으로 알기쉽게 레이저빛의 본질적 특성의 원인분석과 레이저의 발진원리를 새로운 관점에서 설명하고 레이저 종류 및 기본 응용기술을 간단히 소개하였다.
본고에서는 Nd:YAG 레이저의 구조 및 특성에 대하여 설명한 뒤 그 제작 및 응용기술에 대한 이해를 돕고자 한다. 제2장에서는 일반적으로 레이저에 대하여 잘 모르는 사람이 이해하기 쉽도록 발전원리에 대하여 간략하게 기술한 후, YAG 레이저의 구조 및 특징에 대하여 간략하게 기술하고 YAG레이저의 구조 및 특징에 대하여 설명하고자 한다. 제3장에서는 전기연구소에서 수행한 YAG 레이저의 설계 및 제작기술, 그리고 연구결과에 대하여 간략히 설명하고 제4장에서는 그 응용기술에 대하여 설명한다. 제5장은 본고에서 기술한 내용을 정리함과 동시에 금후의 발전방향에 대하여 이야기 하고자 한다.
레이저를 의료에 응용하는데 있어서 그 근본원리는 일반적인 레이저 응용기술과 차이가 없다고 할 수 있으나 응용대상이 인체라는 점에서 특수한 연구분야라 할 수 있다. 레이저를 의료에 응용하는 경우 종래의 의료기술과는 근본원리에 있어서 다른 경우가 보통이므로 새로운 의학기술로서의 연구개발이 수행되어야 할 것이다. 본 논문은 레이저 기초물리학을 비롯하여 레이저광과 생체조직의 상호작용, 치료 및 진단기술, 의료용 레이저와 광파이버 기술, 레이저 안전등에 관해 기술하고 있으며 레이저의 의학에의 전망에 대해 논의하고 있다.
펨토초 레이저 기반 초미세 공정 기술은 타 레이저 응용 분야에 비하여 그 역사는 길지 않다. 그러나 본 공정 기술은 기계적-열적 유발 손상을 최소화 할 수 있으며 공정 정밀도를 획기적으로 향상 할 수 있다는 장점으로 인하여 IT, NT 및 BT 등 다양한 형태의 첨단 산업 분야에서 그 응용성 및 적용성이 검토되고 있는 분야이다. 이상의 다양한 응용 분야 중 현재 연구실에서 진행되고 있는 나노바이오 기술에서의 펨토초 레이저 초미세 공정 기술의 적용 과정과 현재 수행되고 있는 분야들 중 게르마늄 나노 구조체 형성 및 크기 제어 연구, 펨토초 레이저 초미세 공정 기술의 세포 성장 제어 및 단세포 기반 미세수술과 마이크로 유체 디바이스 제작 및 관련 측정 기술들을 소개하고자 한다.
오늘날 레이저는 광통신망을 통한 인터넷 전송과 같은 통신분야, 반도체에서의 포토리소 그라피와 같은 제조 및 가공분야, 분광분석 및 원자력간 현미경과 같은 계측분야 등 다양한 영역에서 산업 및 과학기술 발전을 위해 필수불가결한 도구가 되었으며, 레이저의 응용은 앞으로 첨단기술 분야를 중심으로 지속적으로 확대되어 갈 것으로 기대된다. 이와 같이 첨단기술의 핵심요소인 레이저 및 이의 응용에 필요한 기초광학에 대한 이해는 관련기술의 발전과 폭 넓은 응용기술 개발을 위해 필수적인 것으로 사료된다.
레이저의 첨단기술에의 응용은, 의학, 생물학, 화학, 물리계측, 가공, 통신, 정보처리 등 다분야에 걸쳐, 수 mW에서 수 십 kW까지의 출력 영역의 레이저가 이용되고 있다. 본고에서는, 첫째, 레이저를 이용한 첨단기술의 하나인 초미세가공 기술로서, 특히, 반도체의 레이저 프로세스로 화제를 모으고 있는 1) 에칭, 2) CVD(Chemical Vapor Deposition), 3) 적층성장(epitaxy), 4) 리소그라피, 5) 홀로그라피 등에 대하여, 다른 프로세스(이온 빔 프로세스, 플라즈마 프로세스, X선에 의한 프로세스등)와 비교하여 원리, 특징, 응용상태, 장래의 전망에 대하여논하고, 둘째, 엑시머 레이저의 응용 분야에서의 가장 실용화에 접근한것 중의 하나인 애블레이숀(ablation) 가공에 대하여 논한다.
최근 디스플레이, 반도체, 모바일 기기 등 국가 전략 산업에서 레이저 미세가공기술의 응용이 확산됨에 따라 레이저 미세가공기의 수요가 급격히 증가할 것으로 예상되고 있으나, 현재 몇몇 외국 업체들이 국내외 레이저 미세가공기 시장의 대부분을 점유하고 있는 실정이다. 국내 레이저 미세가공기 업체들의 경쟁력을 제고하고, 최근 첨단산업분야에서의 고정세화/대면적화 추세에 효율적으로 대응하기 위해서는 가공공정 및 공정 모니터링 기술의 개발이 필수적이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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